苏通某大桥桩底压浆技术与工艺

xx大桥桩底压浆技术与工艺研究

xx大学xx大桥科研项目前言第一篇调研报告1后压浆概述2桩端后压浆提高承载力的机理3后压浆的计算与设计4后压浆施工5存在问题及研究方向第二篇试验研究1试验概况

2检测结果及评价3后压浆桩的承载特性分析4后压浆经济效益分析5存在问题第三篇后压浆技术方案1总则2桩端后压浆设计3桩端后压浆施工4工程质量检验与验收

目录项目概况

苏通大桥主墩采用桩长125m，桩径2.5m的钻孔灌注桩。在如此大直径超长桩上应用桩底后压浆技术，国内外还无先例，受苏通大桥指挥部委托，东南大学承担后压浆技术课题。

《苏通大桥桩底压浆技术与工艺研究》项目通过一、二期试桩的试验和检测，取得超长大直径钻孔灌注桩桩底压浆作用机理、承载力特性及施工技术方案等成果，达到提高工程施工质量及可靠性的目的，将促进我国桥梁桩基技术迈向一个新台阶。

研究背景

苏通大桥主桥墩覆盖层厚，为满足设计要求，必须加大直径和桩长。而桩长的增加，将钻孔桩的工艺缺陷更加突出。为消除不利因素的影响并达到提高钻孔灌注桩承载力的目的，苏通大桥采用桩端压浆工艺，对两期试桩进行试验研究，形成了一套施工方法

研究目的研究桩底后压浆技术的作用机理提出一套系统、完善、实用的设计计算理论和施工工艺。

研究工作进展2002.10～2003.01一期试桩测试2003.05～2003.09二期试桩测试2003.06～2003.07文献调研2003.09～2003.10技术方案2003.10试桩结果分析主要研究内容本项目的主要研究内容包括以下4个方面：（1）后压浆对钻孔灌注桩承载特性的影响桩端压浆后，超长桩呈端承摩擦桩特性，通过总结苏通大桥一、二期试桩的静载荷试验及应力-应变测试资料，分析压浆后桩的承载特性及桩侧摩阻力、端阻力的分布规律（2）后压浆钻孔灌注桩的设计理论和计算方法对现有计算方法进行评价结合现行《公路桥涵地基基础设计规范》及相关行业的规范，提出桥桩后压浆钻孔灌注桩竖向承载力的计算公式（3）后压浆钻孔灌注桩施工工艺根据工艺试验和试桩试验，总结U管和直管的工艺特点，分析物探及钻探取芯数据和结果，评价应用效果提出桩底后压浆施工参数的选择方法及控制标准完善桥桩U管压浆的施工工艺（4）桥桩后压浆施工技术指南桥桩后压浆施工技术指南群桩压浆施工顺序原则

创新点（1）在国内首次系统地对U型管压浆技术进行实验研究，提出了U型管压浆参数的确定方法和控制标准，完善了压浆工艺流程；（2）基于交通部《公路桥涵地基与基础设计规范》首次提出了压浆后钻孔桩承载力的计算方法；（3）根据压浆后的试验数据，深入分析了压浆对桩侧摩阻力及桩端阻力的影响；首次提出超长大直径桩的承载特性;（4）通过压浆机理研究，初步提出了群桩中进行后压浆施工顺序和工艺流程。研究成果（1）国内外文献及应用情况调研。掌握了后压浆技术在国内外的发展历史、应用现状、最新研究成果；（2）试桩后压浆技术总结和承载力特性分析。总结了苏通大桥一、二试桩后压浆施工情况，分析施工中存在问题的原因，提出了改进措施。同时，分析了压浆前后桩承载力特性；（3）后压浆技术方案。编写了压浆技术方案，包括后压浆技术的机理、设计、施工和检验标准用于指导苏通大桥后压浆施工。第一篇调研报告

国外研究状况桩端压力注浆自1961年在委内瑞拉修建Maracaibo大桥基桩中首次运用以来，在世界多个国家的桥梁中得到了广泛的应用。图1.3.1-1为Parana运河上桥梁桩端压浆所用的装置。1—64mm的的钢板；2—压压浆孔；3—均均匀的砾石；4——吊钩；5——定距块；6——蓝子；7—直直径38mm的压压浆管；8—30mm的加强管管；9—直径25mm钢管;10—橡胶或氯氯丁橡胶垫；11—直径14mm钢管.泰国工程师80年年代在修建斜拉桥桥的桩基时采用了了图1.2-2所所示的压浆装置对对桩端进行压浆Fleming,W.G.K.[11]介绍了一种U形压压浆管（如图1.3.1-5所示示），在灌注桩身身混凝土前，将U形压浆管随钢筋筋笼一起放入孔底底。国内研究状况1983年，北京京市建筑工程研究究所在国内首先研研究开发出预留压压浆空腔方式的桩桩端压力注浆桩。。进入20世纪90年代后，桩端压压力注浆技术在国国内得到蓬勃发展展，具体表现在作作为桩端压力注浆浆施工工艺的核心心部件—桩端压力力注浆装置形式众众多，目前已有16种桩端压力注注浆装置。图1.3.1-8为工程中常用的的桩端压浆装置图1.3.1-9为经过改良的桩桩端压浆装置桩端后压浆提高承承载力的机理（1）桩端沉渣与与注入的浆液混合合固化，凝结成成一个强度高、化学性性能稳定的结石体体，从而提高桩端阻力。如图图2.3-1所示示。（2）细粒土中进行桩桩端压浆时，水泥泥浆液以网状形式存在于土体中中，固化后，形成成水泥土复合体，它能有效地地提高土体强度和和变形摸量，从而提高桩端阻力力。（3）粗粒土中进行桩端端压浆时，浆液液主要通过渗透、挤密、填充及及固结作用，大大幅度地提高持力层的强度和变变形模量，并形形成扩大头，增大桩端受力面积积，从而提高桩桩端阻力。（4）据有关试验结果，，在桩端以上2.5D范围内压浆桩的桩侧摩阻力力可以提高2.5倍。图2.3-2[41]为桩端压浆后开挖挖出桩身形状。存在的问题（1）压浆理论研研究不完善目前研究主要集中在工工艺的介绍、机理理的定性分析、工程程实例的比较，没没有提出合理的理论计算模型型，其理论研究有待进进一步完善。（2）施工工艺艺有待进一步优优化（3）无统一的的计算公式。目前后压浆承载载力的计算公公式众多，有的公式停留在经经验水平上。存在问题及研究究方向研究方向（1）进一步优优化后压浆施工工工艺（2）采用数值值算法模拟桩端端压浆机理（3）分析后压压浆桩端群桩效效应第二篇试验验研究一期为4根直管管后压浆桩试验验，取芯结果显显示，浆液在土土层呈薄层状分分部，充填不均均匀。二期6根试桩进进行了后压浆试试验，分别采用用U型管和直管管两种方案。试桩压浆一期试桩压浆二期工艺试桩压压浆GYZ1和GYZ3桩采用六回路U型压浆管方案，，GYZ2桩采用四根直管管方案。二期载荷试桩压压浆SZ2桩和SZ3桩采用六回路U型压浆管方案。。SZ4试桩采用4回路U型管加4直管方案。压浆效果检测方方法自平衡测试法CT检测取芯检测CT检测电磁波CT层析析成像技术超声波CT层析析成像技术检测结果及评价价承载力测试结果果一期试桩测试结结果S1桩压浆前后后测试曲线S2桩压浆后测测试曲线S3桩压浆前后后测试曲线N3桩压浆前后后测试曲线S1桩压浆前后后转换曲线S2桩压浆后转转换曲线S3桩压浆前后后转换曲线N3桩压浆前后后转换曲线二期试桩测试结结果SZ2桩压浆后后测试曲线SZ3桩压浆后后测试曲线SZ2桩压浆后后转换曲线SZ3桩压浆后后转换曲线SZ4桩压浆前前后转换曲线CT检测结果及及评价（1）SZ2桩桩明显形成了一个个向上弧形扩大大头型水泥浆影影响区，局部存存在固结现象，，水泥浆局部上上串。（2）GYZ2桩采用直管压浆后后，未发现扩大大头；水泥浆分分布随桩底附近近地层的密实程程度不同，无规规律分布；桩底底存留水泥浆不不多；（3）SZ3桩桩原设计U管压浆浆，后因故改直直管压浆。水泥压浆后，向向1#、2#、4#孔方向桩侧局部部形成扩大头，，但向3#孔方向桩侧压浆浆效果不明显,压浆上窜高度达达10m以上。桩底1m有零星随机分布布压浆存在。（4）GYZ3桩明显形成一个向向上弧形扩大头头型水泥浆影响响区，局部存在在固结现象，水水泥浆局部可上上串，与SZ2桩结果类类似。结论在中粗砂砂或含砾砾中粗砂砂中容易易压浆并并固结，，而在粉粉质细砂砂土及亚亚粘土层层中难以以压浆固固结。取芯检测测结果及及评价一期S1、S2试桩水泥浆多多以薄层层状分布布，水泥泥浆层厚厚一般为为0.1～0.5cm，极个别别为8～10cm，充填不不均匀。。部分未未胶结。。S2-1孔标贯贯对比S2-2孔标贯贯对比S2-3孔标贯贯对比二期试桩桩本次共检检测6根桩，每每根桩原原则上布布置5个检测孔孔。检测结论论根据检测测结果及及现场取取芯分析析，得出出如下结结论。（1）施施工的23个钻钻孔均有有未固结结的水泥泥灰浆及其与砂砂层所形形成的混混合物。。（2）所所有压浆浆体均未未凝固，，或只能能达到半半凝固状态。。从地下下取芯后后12——24小小时形成成固结的水泥泥灰浆。。（3）颗颗粒越粗粗的压浆浆体水泥泥灰浆就就越容易易浸入。（4）从SZ2桩所做的的标贯击击数看，，其土层层强度明显强于于其压浆浆前的土土层强度度。后压浆桩桩荷载传传递特性性一期试桩桩试桩侧阻阻力、端端阻力及及其比例例二期试桩桩桩的极限限承载力力及组成成比例SZ2桩桩顶荷载载-位移移关系及及构成SZ3桩桩顶荷载载-位移移关系及及构成SZ4压压浆前后后下段桩桩平均摩摩阻力-位移曲曲线SZ4压压浆前后后桩端阻阻力-位位移曲线线SZ4压压浆前桩桩顶荷载载-位移移关系及及构成SZ4压压浆后桩桩顶荷载载-位移移关系及及构成二期试桩桩桩端阻阻力-位位移对比比曲线压浆后桩桩的承载载特性分分析（1）一一期试试桩未压浆试试桩下段段Q-s曲线在在很小的的荷载下下出现现陡降段段，桩端端阻力所所占比例例小、差差别很大大，变化化范围为为1.88%-11.68%，说明明桩底存存在沉渣渣，且施施工质量量不稳定定。二期试桩桩由于施工工质量相相对要好好，沉渣渣较少，，未压浆浆桩端阻阻所占比比例为14.23%，，明显高高于一期期试桩。。（2）一一期试试桩，压压浆后桩桩极限承承载力得得到大幅幅度的提提高，提提高幅度度为50%-100%，其中中整桩侧侧阻提高高12.39%-52.87%，桩桩端总阻阻力提高高4.91-25.67倍；；二期试桩桩，压浆浆后，桩桩极限承承载力提提高幅度度为68.6%，侧阻阻力，提提高34%，端端阻力提提高2.93倍倍。（3）各各试桩的的Q-s曲线由由陡降型型转变为为缓变型型，桩端端刚度得得到大幅幅度提高高，桩的的承载型型态亦发发生改变变。压浆浆前，端端阻占总总承载力力的比例例为1.88%-14.23%，基基本属摩摩擦型桩桩，压浆浆后提高高到22.14%-33.2%，属属端承摩摩擦桩。。后压浆经经济效益益对比表表存在问题题及改进进措施（1）压压水开塞塞过程，，有个别别管路堵堵塞。（2）压压浆过程程存在堵堵管现象象。（3）浆浆液配制制随意性性大。（4）压压浆设备备不满足足要求。。（5）压压力表反反映的压压浆压力力受多因因素影响响。（6）压压浆后取取芯时间间短。U管与直直管比较较直管方案案（1）优优点a投资资少b管路路连接耗耗时短c无需需在桩端端投碎石石d压浆浆工作量量小（2）缺缺点a浆液液扩散不不均匀b可控性性差U型管方方案（1）优优点a可控控性好b浆液液扩散均均匀（2）缺缺点a管路路连接耗耗时长b压浆浆工作量量大c易损损坏改进措施施及建议议根据《调调研报告告》中国国内外经经验及专专家意见见，总结结一、二二期压浆浆经验，，针对苏苏通大桥桥南北塔塔大直径径群桩基基础，桩桩端由弯弯管相连连改为直直管相连连。考虑到主主塔承台台下桥桩桩受力不不均匀，，根据三三维有限限元分析析结果，，对受力力大的角角桩采用用6回路路U管压压浆工艺艺，其余余受力较较小的桩桩采用4回路U管压浆浆工艺。。苏通大桥桥引桥中中小直径径桩，如如需压浆浆，建议议采用直直管压浆浆工艺，，压浆管管路由声声测管兼兼用。第三篇后后压浆技技术方案案桩端后压压浆设计计合理压浆浆量Gcp=π(htd+ξn0d3)后压浆单单桩极限限承载力力（Quk）Quk=ΣUτpLi+(ΣξsiUτpLi+ξpAσR)λg压浆工作作压力按按下式确确定pg=pw+ξr∑riLi压浆控制制压力按按下式确确定PgA=G+U∑τpiLi针对苏通通大桥主主塔桩基基：桩长长L＝125m，桩径d＝＝2.5～2.8m。。合理压浆浆量Gcp=8.45t，，考虑施施工时损损耗，实实际每根桩压压浆量为为10.5t。。后压浆单单桩极限限承载力力Quk=79337.99(KN)压浆工作作压力Pg=3.01Mpa压浆控制制压力Pg=8.0Mpa桩端后压压浆施工工压浆前主主要准备备工作（1）在在桩混凝凝土浇筑筑完成后后24-48小小时冲开开单向阀阀（2）压压水试验验和压浆浆前，进进行压浆浆管路系系统及接接头耐压试试验。水泥浆性性能要求求：初凝时间间：3-4小时时，稠度度17-18秒秒；7天强度：≥10Mpa。外加剂：U型微膨膨胀剂（≤5%），膨润土（≤5%）浆液配制程序：先先放水，再加外加加剂，搅拌均匀后后加水泥。浆液进入储浆桶时时必须用16目纱纱网进行２次过滤滤，防止杂物堵塞塞压浆孔及管路。。浆液最终配方必须须通过现场试配确确定，确认达到性性能指标后，再付付诸使用。压浆管路布布置及桩端端压浆管制制作压浆管布置置原则：保保证压浆的的均匀性便于安装和和保护注意事项：：压浆管于安安装前应进进行清洗，，以清除管管内杂物；制作前，钢钢管密封部部位应用细细砂纸打磨磨；必须使用新新的橡胶带带，密封完完好、有弹弹性；应进行地面面试压试验验。主塔群桩压压浆施工顺顺序原则总原则：先先外侧，后后内侧每根桩压浆浆时，与其其相临的桩桩必须未未开钻或灌灌注混凝土完毕后压浆施工工控制压浆总体控控制原则：：实行压浆浆量与压力力双控。压浆次序与与压浆量分分配：①压浆